(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボクセルデータの一つ以上のセットを可視化する方法であって、ボクセルデータの前記セットは哺乳動物の体の少なくとも一部の三次元画像を表し、当該方法は、
各ボクセルポイントの空間情報及び各ボクセルポイントのボクセル値の対応するセットを含むボクセルデータの一つ以上のセットを提供し、
前記哺乳動物の体の前記一部のセグメントモデルを提供して、このセグメントモデルに従って前記ボクセルデータをセグメント化し
少なくとも内側リファレンス面及び外側リファレンス面によって定められるリファレンス形状に適合するように、セグメント化されたボクセルデータを再フォーマットし、
少なくとも第１のターゲット面及び第２のターゲット面によって定められるターゲット形状に、再フォーマットされたボクセルデータをマッピングし、
前記ターゲット形状を可視化し、
再フォーマットされたボクセルデータのターゲット形状へのマッピングは、内側リファレンス面から第１のターゲット面へ及び外側リファレンス面から第２のターゲット面への一つ以上の特性値のマッピングであり、前記一つ以上の特性値はボクセル値の前記一つ以上のセットからの少なくとも一つのボクセル値に基づき、リファレンス形状の面間距離に沿って伸びる方向がターゲット形状において維持され、
一つ以上のリファレンス構造がボクセルデータの前記一つ以上のセット中で特定され、前記一つ以上のリファレンス構造が前記ターゲット形状上にマッピングされ、前記一つ以上のリファレンス構造がオーバーレイされた前記ターゲット形状を可視化する、方法。
【請求項２】
前記リファレンス形状中の個々の値が、前記ターゲット形状中の個々の値にマッピングされる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
哺乳動物の体の前記少なくとも一部が心臓であり、前記一つ以上のリファレンス構造が冠状動脈の構造及び右心室が左心室に結合する場所を示す構造のうちの少なくとも１つである、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
ボクセルデータの前記セットの三次元空間レンダリングが、前記ターゲット形状の可視化と組み合わせて提供及び可視化される、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記三次元空間レンダリング上又は前記ターゲット形状のレンダリング上で領域が選択可能であり、前記三次元空間レンダリング又は前記ターゲット形状のレンダリングの一方の上で領域を選択することによって、前記三次元空間レンダリング又は前記ターゲット形状のレンダリングの他方の上の対応する領域がマークされる、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記一つ以上の特性値が、前記哺乳動物の体の前記一部の一つ以上の医学的パラメータに関連する一つ以上の値を表す、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記リファレンス形状が、前記哺乳動物の体の前記一部の再フォーマットされたジオメトリを表す、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記ターゲット形状が、対称方向に沿った円形、楕円形又は多角形断面を持つ、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記哺乳動物の体の前記一部が器官であり、前記外側リファレンス面及び前記内側リファレンス面が前記器官の関心領域を定める、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記外側リファレンス面と前記内側リファレンス面との間の距離が、前記器官の関心領域の厚さを定める、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記ターゲット形状の面間距離に沿って伸びる方向が、前記器官の関心領域の厚さを表す、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記ターゲット形状の面間距離に沿った前記厚さが、前記外側リファレンス面と前記内側リファレンス面との間の距離又は前記器官の関心領域の解剖学的厚さのいずれかにスケーリングされる、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記リファレンス形状の再フォーマットされたボクセルデータと前記ターゲット形状との間のマッピングが、前記内側リファレンス面と第１のターゲット面との間の第１変換マップ、及び、前記外側リファレンス面と第２のターゲット面との間の第２変換マップに基づく、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
ボクセルデータの前記セットが、磁気共鳴撮像(MRI)、コンピュータ断層撮像(CT)、陽電子放出型断層撮像(PET)、単光子放出型コンピュータ断層撮像(SPECT)、超音波スキャン及び回転血管造影から選択される技術から提供される、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
ボクセルデータの一つ以上のセットを可視化するための可視化システムであって、ボクセルデータの前記セットは哺乳動物の体の少なくとも一部の三次元画像を表し、当該システムは、
各ボクセルポイントの空間情報及び各ボクセルポイントのボクセル値の対応するセットを含むボクセルデータの一つ以上のセットを受け取る入力ユニット、
前記哺乳動物の体の前記一部のセグメントモデルを提供して、このセグメントモデルに従って前記ボクセルデータをセグメント化するセグメント化ユニット、
少なくとも内側リファレンス面及び外側リファレンス面によって定められるリファレンス形状に適合するように、セグメント化されたボクセルデータを再フォーマットする再フォーマットユニット、
少なくとも第１のターゲット面及び第２のターゲット面によって定められるターゲット形状に、再フォーマットされたボクセルデータをマッピングするマッピングユニット、
前記ターゲット形状を可視化する可視化ユニットを有し、
再フォーマットされたボクセルデータのターゲット形状へのマッピングは、内側リファレンス面から第１のターゲット面へ及び外側リファレンス面から第２のターゲット面への一つ以上の特性値のマッピングであり、前記一つ以上の特性値はボクセル値の前記一つ以上のセットからの少なくとも一つのボクセル値に基づき、リファレンス形状の面間距離に沿って伸びる方向がターゲット形状において維持され、
一つ以上のリファレンス構造がボクセルデータの前記一つ以上のセット中で特定され、前記一つ以上のリファレンス構造が前記ターゲット形状上にマッピングされ、前記一つ以上のリファレンス構造がオーバーレイされた前記ターゲット形状を可視化する、システム。
【請求項１６】
請求項１５に記載のシステムと、ボクセルデータの一つ以上のセットの形の医療画像データを取得する取得ユニットを有する医療検査装置。
【請求項１７】
コンピュータ上で用いられる際に、請求項１のステップを当該コンピュータに実行させるための命令セットを有するコンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、医療画像の可視化に関し、特に、解剖学的構造及び医療画像から導き出される関連する定量分析データの可視化の分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気共鳴撮像(MRI)のような医療撮像システムは、人又は動物の体に関する物理的特性を表現する厳密な断面画像データを生成することが可能である。断面データを表す平行な二次元画像の収集を用いた三次元(3D)画像の再構成は、しばらくの間、医療分野において適用されている。
【０００３】
さまざまなレンダリング技術が、医療画像の3D表示のために適用される。一つのそのような技術は表面レンダリングである。この技術の限界は、固形臓器内の組織を適切に可視化しないことである。それは表面及び境界の可視化のために最適化されているのである。
【０００４】
他のレンダリング技術は、ボリュームレンダリングである。3Dデータの複雑なモデルを用いて表面をオーバレイする代わりに、ボリュームレンダリングは、3D物体が基本的な体積測定構成要素(いわゆる「ボクセル」)で構成されるとの仮定に依存する。ボクセルは、空間座標と、信号の強さ、透明度、割り当てられた色のような関連するボクセル値を持つ。一セットのボクセルデータを用いることにより、さまざまなボリュームレンダリング技術による検査中の患者の体の一部の画像をボリュームレンダリングによって提供することが可能である。一般に、「ボクセル」は、三次元画像のx軸に沿った単位ベクトル、y軸に沿った単位ベクトル及びz軸に沿った単位ベクトルを有する単位立方体である。
【０００５】
心臓の左心室の検査及び定量分析に関して、いわゆるブルズアイ表示(bull's-eye plot)が、普及して認められた解析ツールである。論文"Integrated Visualization of Morphologic and Perfusion Data for the Analysis of Coronary Artery Disease" by S. Oeltze et al. published in Proc. EuroVis, pages 131-138, 2006に、心臓の左心室のための可視化ツールが開示される。この開示において、ブルズアイ表示は、ブルズアイ表示にオーバーレイされるパラメータマップの3D正面図プロファイルを含むように拡張される。しかしながら、定量分析がブルズアイ表示を通して解剖学的構造に関連があるとしても、ブルズアイ表示は左心室の解剖学的構造を直接反映しない要約である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一般に、調査中の体の一部の詳細な3D画像が利用可能であるにもかかわらず、臨床ユーザがデータから効率的に情報を抽出することは依然として難しい。臨床ユーザは、一般的に、解剖学的構造の複数の断面及び二次元可視化並びに定量分析データを検査して、心の中でこれらを組み合わせることを必要とする。これは、非効率的な分析につながり、診断ワークフローの再現性を低下させる。データサイズが増加するにつれて、従来技術において、圧縮された総合的な可視化の必要性がさらに増加する。
【０００７】
したがって、人又は動物の体の一部の3D画像を可視化するための改善された方法は有利であり、特に、定量分析データと解剖学的構造との間の結合を改善するより効率的な方法が有利である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、好ましくは、単独で又は任意の組み合わせで一つ以上の上述の短所を緩和し、軽減し、又は除去することを試みる。特に、人体又は人体の一部の可視化に関する従来技術の上述の問題又は他の問題を解決する方法を提供することが、本発明の目的とみなされることができる。
【０００９】
この目的は、ボクセルデータの一つ以上のセットを可視化する方法を提供することによって、本発明の第１の態様において達成され、ボクセルデータの前記セットは、哺乳動物の体の少なくとも一部の三次元(3D)画像を表し、当該方法は、
- 各ボクセルポイントの空間情報及び各ボクセルポイントのボクセル値の対応するセットを有するボクセルデータの一つ以上のセットを提供し、
- 哺乳動物の体の一部のセグメントモデルを提供して、このセグメントモデルに従ってボクセルデータをセグメント化し、
- 少なくとも内側リファレンス面及び外側リファレンス面によって定義されるリファレンス形状に合うように、セグメント化されたボクセルデータを再フォーマットし、
- 少なくとも第１のターゲット面及び第２のターゲット面によって定義されるターゲット形状に、再フォーマットされたボクセルデータをマッピングし、
- 前記ターゲット形状を可視化し、
再フォーマットされたボクセルデータのターゲット形状へのマッピングは、内側リファレンス面から第１のターゲット面へ及び外側リファレンス面から第２のターゲット面への一つ以上の特性値のマッピングであり、前記一つ以上の特性値はボクセル値の一つ以上のセットからの少なくとも一つのボクセル値に基づき、前記リファレンス形状の面間距離に沿って伸びる方向がターゲット形状において維持される。
【００１０】
本発明は、解剖学的構造及び医療画像から導き出される関連する定量分析データの可視化の分野に関する。医療画像は、磁気共鳴撮像(MRI)、コンピュータ断層撮影(CT)、陽電子断層撮影(PET)、単光子放射型コンピュータ断層撮影法(SPECT)、超音波スキャン及び回転血管造影を含む(但しこれらに限られない)医療撮像技術に関連して取得されることができる。取得された画像に基づいて、ボクセルデータの一つ以上のセットが導き出される。
【００１１】
マッピングは、外側及び内側リファレンス面によって包囲される領域において、一つ以上の特性値の形の定量分析データを、特性値の体積測定分布を要約する表現に変換するために実行される。最も明確な表現を提供することができるので、一つの特性値のみが可視化されることができる。しかし、２つ以上の特性値が、組み合わされた可視化において可視化されることができる。同時に複数の値を可視化するための可能な態様の例は、色をマージすること、色をはけ筋(brush stroke)とマージすること、色をテクスチャとマージすることを含むが、これらに限定されるものではない。
【００１２】
一つ以上の特性値は、一つ以上の医療パラメータに関連がある一つ以上の値を表すことができる。外側及び内側リファレンス面は、実施の形態において、検査中の器官の関心領域を定めることができる。
【００１３】
本発明は、連続的な定量データの可視化をサポートするターゲット形状を提供するために（但しそれに限られない）特に有利であり、その結果として、ブルズアイ表示のようにセクタへのデータの量子化に悩まされない。しかしながら、ユーザによって必要とされる場合、伝統的なブルズアイ表示と同じ定量化を提供することが可能である。内側及び外側リファレンス面は、検査中の体部位を包囲するので、哺乳動物の体の一部の解剖学的構造と相関している。その結果として、面間距離に沿って伸びる方向はターゲット形状において維持され、内側及び外側リファレンス面間の領域の体積測定の性質は維持され、そして解剖学的構造に対する直接的な結合がターゲット形状において得られる。
【００１４】
面間距離に沿って伸びる方向を維持する効果は、壁で囲まれる体部位(例えば心臓の左心室又は他の中空の臓器もしくは体部品)の可視化に関連して、貫壁性(transmurality)が維持されることである。貫壁性情報は、ブルズアイ表示では失われる。貫壁性情報が特性値のために直接利用可能であり、さらに特性値の連続的体積分布と共に利用可能であることが、本発明の利点である。それによってより効率的な定量分析を臨床医が利用可能であり、臨床医のためのより効率的な診断プロセスを促進する。
【００１５】
有利な実施の形態において、リファレンス形状とターゲット形状との間のマッピングは、リファレンス形状中の別個の値がターゲット形状中の別個の値にマッピングされるように行われる。一般に、マッピングは、単射又は非単射写像であることができる。非単射写像は、内側リファレンス面がポイント状である状況において適用されることができる。しかしながら、一般的に、単射写像が適用される。
【００１６】
一般的に、マッピングは、外側面から内側面に対するものであるが、通常は、マッピングは内側面から外側面に対するものであることもできる。
【００１７】
有利な実施の形態において、一つ以上のリファレンス構造がボクセルデータの一つ以上のセット中で特定されて、ターゲット形状にマッピングされ、オーバーレイ又は重畳された一つ以上のリファレンス構造を伴うターゲット形状の可視化を可能にする。ターゲット形状がその連続的な体積性質及び面間距離の保持によって解剖学的構造と相関しているが、それは依然として解剖学的構造の要約である。リファレンス構造をターゲット形状にマップすることによって、解剖学的構造に対する改善された相関が提供されることができ、そしてさらに、調査中の特性値に関する構造は特性値の分布ジオメトリに直接補正されることができる。局所的なリファレンス構造の存在は、診断に関連して重要である場合がある患者特有のターゲット形状をレンダリングする。
【００１８】
有利な実施の形態において、ボクセルデータのセットの3D空間レンダリングが提供されて、ターゲット形状の可視化と組み合わせて可視化される。オプションとして、3D空間レンダリング上又はターゲット形状のレンダリング上で領域を選択することができ、3D空間レンダリング又はターゲット形状のレンダリングのうちの一方の上で領域を選択することによって、3D空間レンダリング又はターゲット形状のレンダリングの他方の上の対応する領域がマークされる。ターゲット形状の解剖学的構造及び定量分析データの組み合わされたインタラクティブ可視化を提供することが有利である。それによって包括的な可視化が提供されることができる。ターゲット形状及びボクセルデータのセットの3D空間レンダリングの組み合わされた可視化を提供することによって、そして２つの対象をインタラクティブにリンクすることによって、臨床医が包括的な態様で解剖学的様相及び概要分析様相の両方を通してナビゲートすることが可能となる。
【００１９】
ターゲット形状のみの可視化又はターゲット形状及び3D空間レンダリングの組み合わされた可視化に関連して、さまざまな場所及び方位においてさまざまな切断面を作成することができる。それによってユーザは、柔軟に、任意の視点から解剖学的構造及び一つ以上の特性値を検査して、既存の可視化技術との比較を行うことができる。
【００２０】
リファレンス形状は、哺乳動物の体の一部の再フォーマットされたジオメトリを表すことができる。多くの体部位は、複雑かつ個別の、そしておそらく時間によって変化する形状を持つ。ジオメトリをリファレンス形状に再フォーマットすることによって、所与の個体の検査中の体部位を他の個体又は標準モデルと比較するために、それは非常に容易にレンダリングされる。
【００２１】
ターゲット形状の面間距離に沿って伸びる方向は、器官の関心領域の厚さを表す。厚さは、外側リファレンス面と内側リファレンスとの間の距離に又は器官の関心領域の解剖学的厚さにスケーリングされることができる。厚さをリファレンス形状にスケーリングすることによって、他の器官又はモデルに対する比較が可能であり、一方、厚さを関心領域の解剖学的厚さにスケーリングすることによって、ターゲット形状は患者特有にレンダリングされる。模式表現と具体的表現との間でシフト可能であることは有利である。
【００２２】
有利な実施の形態において、マッピングは、変換マップに基づく。変換マップを使用すると演算が高速である。
【００２３】
本発明の第２の態様によれば、ボクセルデータの一つ以上のセットを可視化するための可視化システムが提供され、ボクセルデータのセットは、哺乳動物の体の少なくとも一部の三次元(3D)画像を表し、
当該システムは、
- 各ボクセルポイントの空間情報及び各ボクセルポイントのボクセル値の対応するセットを有するボクセルデータの一つ以上のセットを受け取る入力ユニット、
- 哺乳動物体の一部のセグメントモデルを提供して、このセグメントモデルに従ってボクセルデータをセグメント化するセグメント化ユニット、
- 少なくとも内側リファレンス面及び外側リファレンス面によって定義されるリファレンス形状に合うように、セグメント化されたボクセルデータを再フォーマットする再フォーマットユニット、
- 少なくとも第１のターゲット面及び第２のターゲット面によって定義されるターゲット形状に、再フォーマットされたボクセルデータをマッピンするマッピングユニット、
- ターゲット形状を可視化する可視化ユニットを有し、
再フォーマットされたボクセルデータのターゲット形状へのマッピングは、内側リファレンス面から第１のターゲット面へ及び外側リファレンス面から第２のターゲット面への一つ以上の特性値のマッピングであり、前記一つ以上の特性値はボクセル値の一つ以上のセットからの少なくとも一つのボクセル値に基づき、前記リファレンス形状の面間距離に沿って伸びる方向がターゲット形状において維持される。
【００２４】
この可視化システムは、特別にプログラムされた汎用コンピュータとして実施されることができる。本発明の第３の態様によれば、ボクセルデータの一つ以上のセットの形の医療画像データを取得するための取得ユニットをさらに有する医療検査装置が提供される。取得ユニットは医療スキャナであることができる。
【００２５】
本発明の第４の態様によれば、コンピュータにおいて使用されるときに当該コンピュータに本発明の第１の態様のステップを実行させる命令セットを備えるコンピュータプログラムが提供される。
【００２６】
一般に、本発明のさまざまな態様は、本発明の範囲内で任意の可能な態様において組み合わせられ、結合されることができる。本発明のこれらの及び他の態様、特徴及び/又は利点は、以下に記載される実施の形態から明らかになり、それらを参照して説明される。
【００２７】
本発明の実施の形態は、単に一例として、図面を参照して以下に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】人の心臓1の４つの心室（心房）の3D面レンダリングを示す図。
【図２】いわゆる体積測定ブルズアイ表示(VBEP)の形でターゲット形状を構成する態様を概略的に示す図。
【図３】可視化されたターゲット形状の例を示す図。
【図４】ターゲット形状を構成する態様を断面図で示す図。
【図５】リファレンス構造がオーバーレイされたVBEPの平面図。
【図６】VBEP及びボクセルデータのセットの3D空間レンダリングの合成相関可視化を示す図。
【図７】瘢痕の貫壁性の可視化を示す図。
【図８】医療検査装置に組み込まれる可視化システムのコンポーネントを概略的に示す図。
【図９】ボクセルデータの一つ以上のセットを可視化する方法のステップを示すフローチャート。
【図１０】VBEPを構成することに関連して適用されるパラメータ化の実施の形態を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
本発明の実施の形態は、人の心臓の左心室に関連して論じられて説明される。しかしながら、本発明は特にさまざまな心臓構造(心室、心房、弁など)に有利に適用されることができるけれども、当業者にとって明らかなように、本発明の実施の形態は、哺乳動物の体の他の部分により一般に適用されることができることが理解されるべきである。この点において、用語「哺乳動物の体の一部」は、解剖学的関心領域である。特に、解剖学的関心領域は臓器を含み(但しそれに限られない)、壁を持つ中空の臓器を含み、壁特性が、器官の医学的検査に関連して調査される。
【００３０】
図1は、人の心臓1の４つのチャンバの3D面レンダリングを示し、左心室2及び冠状動脈ツリー3の一部を含む。両方の心室の壁を形成する筋肉組織は心筋と呼ばれる。左及び右の心室を分離する心筋の部分は心室中隔と呼ばれる。あらゆる筋肉組織のように、心筋は、動作するために酸素を必要とする。これは、冠状動脈(心臓を囲む多数の血管)によって供給される。
【００３１】
時間とともに、狭窄症(すなわち血管の部分的又は完全な閉塞)が、一つ以上の冠状動脈中で発症する場合がある。狭窄症を伴う患者は冠状動脈疾患(CAD)を持つと言われており、狭窄症患者は、心臓発作としても知られる心筋梗塞のリスクがある。狭窄症に関連して、心臓組織の一部は、組織に損傷を引き起こす酸素欠乏を経験する。瘢痕(scar)とも呼ばれる梗塞性心筋組織の検出及び定量化は、梗塞位置及び重症度の評価のために重要である。瘢痕の重症度は、貫壁度(瘢痕が左心室壁中にどこまで広がっているか)によって部分的に決定される。
【００３２】
最適に心臓疾患を診断し、所与の治療を選択又は計画し、疾患の進行及び治療の効果をモニタリングするために、一つ以上の利用可能な定量分析データと組み合わせて心臓の解剖学的構造を示す3D可視化が必要である。分析データの例は、機能、灌流、生存度及び流動に関するデータを含むが、これに限定されるものではない。
【００３３】
MRIがCADのための有効な診断技術であることが示された。Late-Enhancement(LE)撮像は、各種のMRI取得プロトコルの一つであり、瘢痕を可視化するために造影剤を用いるプロトコルである。LE画像において、瘢痕組織は、画像上で健康な組織よりも明るく現れる。本発明の実施の形態は、LE画像に関連して説明される。
【００３４】
セグメントモデル及びリファレンス形状に従って、例えばブルズアイ表示に関連して、左心室を表すことが従来技術において知られている。
【００３５】
図2は、本発明の実施の形態に関連して取得される表示である、いわゆる体積測定ブルズアイ表示(VBEP)の形のターゲット形状(201)を構成する態様を概略的に示す。図2において、ターゲット形状(201)は対称軸に沿った円形断面を持つが、一般的に、対称方向に沿った楕円又は多角形断面のような他の断面が適用されることができる。さらに、断面は同じサイズである必要はなく、例えば、ターゲット形状は、球、楕円体、多面体などの形であることができる。
【００３６】
実施の形態において、ボクセル値の一つ以上のセットは、いわゆる全心臓(whole heart：WH)MRIデータを含む。WH MRIデータは画像データを含み、その画像データから解剖学的画像レンダリングが作成されることができる。さらに、ボクセル値は、LE画像データを含む。それが、造影剤の幾何学的位置がそこから導き出されることができるデータを含む画像データである。したがって、本実施例において、ボクセルデータのセットは、解剖学的構造を示す少なくとも一つのパラメータ又は特性値(例えば、造影剤の注入前の心臓のMRスキャンによって取得される核密度及びLEスキャンの造影剤を含む心臓のMRスキャンによって取得される核密度)の幾何学座標を含む。一般に、特性値は医療パラメータに関する値を表し、ここでは、心室壁中の瘢痕の存在を表す。一つの特性値を示す例が提供されるが、２つ以上の特性値が可視化されることができることが理解されるべきである(例えば、瘢痕組織及び壁運動)。瘢痕組織は心臓のどの部分が壊死しているかを示し、一方、壁運動は、心臓のどの部分が動いているかを示す。瘢痕値が[0, 1]の範囲であり、壁運動値が[0,1]の範囲であると仮定する。この２つの特性は同時に可視化されることができる。(1, 0)の組(瘢痕, 壁運動)を持つポイントは、回復する可能性が無い、完全に死んだ心筋を示す。組(0.8, 0.4)を持つポイントは、心筋は完全には死んでおらず、将来回復する可能性があることを示す。
【００３７】
本実施例における特性値の決定に関連して、瘢痕は、ボクセル値において健康な組織と区別されなければならない。これは、瘢痕又は生存可能な組織として濃度値を分類する機能の使用によって達成されることができる。この機能は、自動的に瘢痕組織を決定することができるか、又は、瘢痕組織を半自動的に決定することができる。半自動の決定において、分類機能は、(例えば、ボクセルデータ中の瘢痕組織及び生存可能な組織の位置を特定することによって)どのように瘢痕を定義するべきかについてのユーザからの入力を受け取る。一般に、特性値は、任意の適切な態様で構成されることができるが、多くの状況において、特性値は、区別又は分類機能と組み合わせて、撮像自体又は適切な造影剤に由来するコントラストを示す画像に基づいて構成される。
【００３８】
ボクセルデータは、セグメントモデルに従ってセグメント化される。セグメント化は、自動的に、半自動的に又は手動でも実行されることができる。セグメント化は、関連するボクセルを特定することによって、手動で実行されることができる。例えば、左心室の心筋層を構成するボクセルを特定する。
【００３９】
セグメント化されたボクセルデータは、リファレンス形状に合わせられる。左心室に関連して、先が切り取られた楕円体が適用されることができる。図2は、先が切り取られた楕円体20の形のリファレンス形状の例を示す。セグメント化されたボクセルデータの再編成において、心筋データの真の解剖学的な位置は、リファレンス形状に合致するように組み込まれる。セグメント化は、内側及び外側リファレンス面の位置決めをもたらす。
【００４０】
リファレンス形状は、左心室の長軸21、内側壁すなわち心内膜22及び外側壁すなわち心外膜23を含む。リファレンス形状の輪郭24によって定義される各々の断面は、リファレンス形状上へ再フォーマットされた又はフィッティングされたMRIスライスを表す。リファレンス形状へのボクセルデータのセグメント化及び再フォーマット化は、従来技術において知られている。
【００４１】
本発明の実施の形態によれば、再フォーマットされたボクセルデータは、内側リファレンス面から第１のターゲット面への、そして外側リファレンス面から第２のターゲット面への、特性値のマッピングによって、ターゲット形状にマップされる。ここで、分類されたLEデータ(すなわち造影剤の強度を示す特性値)は、ボクセル値のセットから円柱状のターゲット形状へとマッピングされる。図2に関連して、リファレンス形状の各々の輪郭24はリファレンス形状のセクションを構成し、輪郭24は、ターゲット形状の断面の二次元平面の形で、二次元平面の一つの同心リング26に投影される。図2において、マッピングは、リファレンス形状上のセクション25の、ターゲット形状の二次元平面上のセクション25'へのマッピングによって示される。マッピングは連続的であるので、ターゲット形状上のセクション25'へのマッピングに関連して、リファレンス形状上のセクション25のデータの定量化は行われない。セクションは、純粋に説明を目的として示されており、データの定量化を示すためではない。
【００４２】
リファレンス形状の面間距離に沿って伸びる方向は、ターゲット形状において維持され、リファレンス形状の参照符号27によって示される方向に沿った壁厚は、参照符号28によって示されるように、円柱の深さ次元の方向にマップされる。
【００４３】
結果として、左心室は、円柱状のターゲット形状にマップされ、各々の面は、所与の壁厚での心筋組織の投影を表し、円柱軸に沿った次元は、心筋壁の厚さを表す。したがって、心内膜22は円柱の底(すなわち第１の面29)へ投影され、一方、心外膜23は円柱の最上部(すなわち第２の面200)へ投影される。心内膜と心外膜との間の組織は、円柱の底から最上部へと延在する面に投影される。
【００４４】
最後に、一般的にユーザのコンピュータスクリーンに、特性値のターゲット形状が可視化される。図3は、可視化されたターゲット形状30の例を示し、ターゲット形状の可視化は、ターゲット形状のボリュームレンダリングによって取得される。ターゲット形状は、以下で体積測定ブルズアイ表示(VBEP)とも呼ばれる。ターゲット形状30の可視化において、瘢痕組織の徴候を全く又はほとんど示さない領域は薄い灰色31で示され、一方、瘢痕組織を示す領域は濃い灰色32で示される。VBEPの更なる例が、以下に示される。
【００４５】
図4は、断面図において、図2に関連して議論されたような、VBEPへの心筋層の幾何学的マッピングの態様を示す。図は、リファレンス形状41を通した断面を示す。図2において説明されたように、リファレンス形状の外側面43上のセクションは、ターゲット形状の上部の(第２)面上のセクションにマップされ(42)、リファレンス形状の内側面44上のセクションは、3D表示の底の(第１)面上のセクションにマップされ(45)、リファレンス形状の中間面46上のセクションは、3D表示の上面上のセクションにマップされる(47)。それによって、連続的なボリュームデータは水平方向48に沿って取得され、そして壁厚は垂直方向49で表される。ここで、壁厚は一定であるように示されている。しかしながら、壁厚が左心室の現実の壁厚を反映するように、様々な壁厚を用いることも可能である。
【００４６】
図5は、リファレンス構造がオーバーレイされたVBEPの平面図を示す。ボクセルデータのセットにおいて一つ以上のリファレンス構造を特定することによって、これらのリファレンス構造は、VBEPにマップされることができる。図5において、冠状動脈51がオーバーレイされる。さらに、右心室が左心室に結合する場所を示すために、２つの点52がオーバーレイされる。冠状動脈をオーバーレイすることによって、動脈と瘢痕組織とを明確に関連付けることができる。結合ポイントをオーバーレイすることによって、心室の方位をより良好に認識することができる。図5〜7では、図3とは逆に、全く又はほとんど瘢痕組織の徴候を示さない領域は、淡い灰色又は白で示される瘢痕組織を示す領域よりも濃く示される。
【００４７】
図6は、本発明の実施の形態の更なる態様を示す。図6は、VBEP及びボクセルデータのセットの3D空間レンダリング60が合成されて関連付けられた可視化を示す。一般に、観察者に近い対象物が観察者から離れた対象を遮るので、3Dで内部構造を可視化することは問題がある。図6において、左心室61(すなわちセグメントモデル中に含まれるボクセル)は、半透明にレンダリングされ、造影剤の存在を示す領域62を見ることができる。さらに、瘢痕組織の三次元の解剖学的な位置の可視化を容易にするために、領域63, 64は、3D空間レンダリング上又はVBEP上すなわちターゲット形状のレンダリング上で選択されることができ、3D空間レンダリング又はターゲット形状のレンダリングのうちの一方の上で領域を選択することによって、3D空間レンダリング又はターゲット形状のレンダリングのうちの他方の上で、対応する領域がマークされる。それによって、特性値とジオメトリとの間の明確かつ直接的な相関が提供される。
【００４８】
図7は、VBEPの重要な利点を示し、すなわち、瘢痕の貫壁性(すなわち左室壁中への瘢痕組織の範囲)を直接可視化する。この情報は、円柱軸に沿ったVBEPの深さ次元に含まれる。
【００４９】
図7Aは、楔形に切り取られた側面からのVBEPを示す。切り取りの縁に沿って、貫壁性が観察されることができる。貫壁性のためにより大きい関心領域を検査するために、スライスは選択されることができ、そして領域は組み合わせた図としてレンダリングされることができる。これは図7Cに示され、図7Bの領域が二次元図で示される。C1及びC3として示される画像は、それぞれ、図7Bで71によって示される側面から見られる直接ボリュームレンダリング(DVR)及び最大値投影(MIP)画像を示し、一方、C2及びC4として示される画像は、それぞれ、図7Bで72によって示される側面から見られるDVR及びMIP画像を示す。最大厚73及び最小厚74が、C2及びC4として示される画像に示される。
【００５０】
図8は、医療検査装置に組み込まれる本発明による可視化システムのコンポーネントを概略的に示す。図8に概略的に示されるように、医療検査装置は一般的に、患者がその上に横たわるベッド81、又は取得ユニット80に対して患者を位置決めするための他の要素を含む。取得ユニットは、MRスキャナ又は他の医療スキャナのような医療撮像装置であることができる。取得ユニットは、ボクセルデータの一つ以上のセットの形で、医療画像データを取得する。画像データは、ボクセルデータの形でスキャナによって生成されて、可視化システムに供給される。
【００５１】
ボクセルデータは入力ユニット82において受け取られる。セグメント化ユニット83において、セグメントモデルが提供され、ボクセルデータはこのセグメントモデルに従ってセグメント化される。セグメント化は、ユーザインタラクションユニット88からのユーザ入力の受信に関連して実行されることができる。再フォーマット化ユニット84は、リファレンス形状に適合するように、セグメント化されたボクセルデータを再フォーマットし、そしてマッピングユニット85は、再フォーマットされたボクセルデータをターゲット形状にマップする。ターゲット形状は、一般的にコンピュータスクリーンの形の可視化ユニット86によって可視化される。可視化システムの要素は、汎用の又は専用のコンピュータの一つ以上のデータプロセッサ87によって実施されることができる。
【００５２】
図9は、ボクセルデータの一つ以上のセットを可視化する方法のステップを示すフローチャートである。ボクセルデータの一つ以上のセットが提供される(90)。続いて、セグメントモデルが提供され、そしてボクセルデータはセグメント化される(91)。セグメント化されたボクセルデータは、リファレンス形状に適合するように再フォーマットされる(92)。再フォーマットされたボクセルデータは、次にターゲット形状にマップされる(93)。最後に、ターゲット形状が可視化される(94)。幾つかのステップは自動的に実行されることができ、一方、他のステップはユーザ入力に関連して実行されることができる。
【実施例１】
【００５３】
体積測定ブルズアイ表示の実現。
【００５４】
VBEPは、長軸に沿った左心室のアンフォールディング(unfolding)及びその後の円柱への再フォーマットと考えられる。アンフォールディングは、円柱及び左室心筋の両方のパラメータ表示に基づく。円柱のパラメータ表示は図10に示される。リファレンス形状の長軸100及び短軸101は、心臓スキャン全体のボクセルデータを表すために用いられることができる幾何学的な心臓モデルから抽出されることができる。しかしながら、これらの軸は、他の手段によって抽出されることもできる。例えば、軸は、Late-Enhancementスキャンの方位情報から抽出されることができる。心内膜及び心外膜は、Late-Enhancementスキャンの各々のスライス上の一組の輪郭としてセグメント化される。各々の輪郭は、均一にサンプリングされた区分的立方ベジエスプラインによって表される。この文脈において、「均一にサンプリングされる」とは、s(t)とs(t')との間のスプラインsの任意のセグメントの長さが||t - t'||に比例するとして理解されるべきである。
【００５５】
アンフォールディング又はマッピングのために使用されるパラメータ表示は、円柱座標に基づくことができる。図10は、円柱座標(r, θ, h)での円柱及び左心室のパラメータ表示を示す。展開された心筋を表す円柱のデカルト空間における各々の点
0005599709.tif 000002
は、そのパラメータ化された形式
0005599709.tif 000003
に変換される。このパラメータ化された形式がパラメータ化された心筋に直接翻訳可能であるので、
0005599709.tif 000004
は、心筋のデカルト空間へ逆変換される。
【００５６】
パラメータ化された形式において、rは、円柱の中心からの距離を表す。心筋では、それは長軸に沿った尖部に対する距離を表す。尖部は、短軸Late-Enhancementスキャン中に一般的に含まれない。ゼロ以外のrの値が、尖部に最も近いスライス上の輪郭に割り当てられることができる。円柱の半径の10%の値が、実際に機能すると証明された。各々の輪郭が長軸と直交するので、輪郭上の各々の点又はLate-Enhancementスライス全体でさえ同じrの値を共有し、等距離のスライスが等距離の円柱にマップされることを意味する。
【００５７】
変数θは、ゼロ軸からの角度を定義する。円柱において、ゼロ軸は正のy軸に対応し、心筋において、それは短軸に対応する。角度は輪郭にインデックスを付けるために直接用いられることができないので、角度は範囲[0, 1]の値に線形に変換され、その上で、輪郭を表すスプラインが定められる。
【００５８】
これが輪郭の長さの局所的な変動に起因して導入する歪みの制御を得るために、各々の輪郭は、以下のように再サンプリングされる。各々のスライス上で、心外膜及び心内膜輪郭の両方を複数のセグメントに分割するスポークホイール(spokewheel)が配置される。一般的に、12のセグメントが用いられる。第１のスポークはゼロ角度を定めて、短軸に合わせられる。スプラインは、再サンプリングされて輪郭を定めて、t = i/n(nはスポークの数, i∈[0,n])に対して、s(t)がスポーク番号i上にある。各々のスポークセグメントの中で(つまりt ∈ [i/n, (i+1)/n], i ∈ [0,n])、スプラインは均一である。
【００５９】
変数hは、円柱内の高さを定義する。高さ0は、円柱の底及び心筋の心外膜面に対応する。高さ1は、円柱の最上部及び心筋の心内膜面に対応する。心外膜層と心内膜層との間の線形性は、アンフォールディングにおいて保存されると仮定される。言い換えると、円柱中のz軸に平行なラインは依然として心筋におけるまっすぐなラインであり、心外膜及び心内膜を接続する。
【００６０】
VBEPをレンダリングするために、円柱内のポイント
0005599709.tif 000005
を心筋内のポイント
0005599709.tif 000006
へと変換するメカニズムが必要とされる。性能上の理由のため、変換は陽に実行されない。その代わりに、
0005599709.tif 000007
をテュープル
0005599709.tif 000008
に変換するために、一組の変換マップが用いられる。心外膜層と心内膜層との間の線形性の仮定によって、
0005599709.tif 000009
となる。
【００６１】
変換マップTαは、円柱内の平面h=α上のポイント
0005599709.tif 000010
を、hの特定の値に対するポイント
0005599709.tif 000011
に変換するために用いられることができる二次元ルックアップテーブルである。円柱内の各々の点に対してz=hであるので、変換マップは、x及びyがインデックス付け変数として直接用いられることができるように構成されることができる。
【００６２】
２つの変換マップT0及びT1が構成され、これらのマップはそれぞれ心外膜面及び心内膜面に対応する。各々の変換マップに対して、hの値は固定される。r及びθの全ての可能な値が繰り返される。各々のテュープル(r, θ, h)から、
0005599709.tif 000012
及び
0005599709.tif 000013
の両方が計算される。
0005599709.tif 000014
の計算は円柱座標を用いて簡単であり、
0005599709.tif 000015
である。
0005599709.tif 000016
の計算はより複雑である。0又は1である変数hが、心外膜輪郭又は心内膜輪郭のどちらが用いられなければならないかを決定するために用いられる。それらの上に定められる輪郭を有するm個のスライスが存在すると考えると、i=(m-1)rが定義される。ポイント
0005599709.tif 000017
は、輪郭iとi+1との間に位置づけられる。厳密な位置は、これらの２つの輪郭を補間することによって決定される。全ての輪郭からベジエ曲面を構成することによって、rは単にインデックス付け変数のうちの一つである。変数θは、以前に説明されたように、(補間された)輪郭にインデックス付けするために用いられる。
【００６３】
0005599709.tif 000018
及び
0005599709.tif 000019
の両方が一旦利用可能になると、
0005599709.tif 000020
の値は、
0005599709.tif 000021
の位置で変換マップ中に保存される。
0005599709.tif 000022
のx及びy成分のみが、インデックス変数として用いられる。変換マップは、OpenGLの二次元テクスチャマッピング機能を用いて、
0005599709.tif 000023
のx, y及びz座標をそれぞれテクスチャのr, g及びb値に格納することによって実現される。十分な精度を得るために、チャネルごとに16ビットの浮動小数点数を用いるGL_RGB16F_ARBテクスチャフォーマットが用いられる。OpenGLが矩形のテクスチャに対するサポートのみを提供し、そして変換マップが円形に対してのみ定められるので、インデックス変数が変換マップのドメイン中にあるかどうかを示すためにαチャネルが用いられる。上述のように計算される２つの変換マップによって、円柱内部の任意のポイント
0005599709.tif 000024
は、
0005599709.tif 000025
のx及びy成分を用いてそれぞれ心外膜及び心内膜変換マップにインデックスを付けることによって、ポイント
0005599709.tif 000026
及び
0005599709.tif 000027
に変換されることができる。z=hを用いると、以下のようになる。
0005599709.tif 000028
【００６４】
これらの２つの変換マップによって、VBEPのボリュームがこのように陰に定められ、別のボリュームは構成されない。
【００６５】
壁厚は、レンダリング段階の間に変換マップを用いることにより維持されることができる。
円柱中のポイント
0005599709.tif 000029
を所与として、心筋中の対応するポイントは、
0005599709.tif 000030
及び
0005599709.tif 000031
の線形結合を用いて再構成される。壁厚は、
0005599709.tif 000032
と
0005599709.tif 000033
との間のユークリッド距離として定義されることができる。
【００６６】
壁厚情報は、さまざまな程度で変化する壁厚を表現するために陰に定義されたボリュームを変更するために用いられる。これは、２つの変換マップから座標の線形結合を計算する前にhをスケーリングすることによって実施されることができる。スケーリングなしでは、全ての壁厚情報は無視される。
0005599709.tif 000034
(wmaxは最大壁厚を示し、νは壁厚可視度の程度を示す)によるスケーリングは、絶対壁厚を可視化すること(v=0)と壁厚情報なし(v=1)との間で連続的に変化することを可能にする。
【００６７】
円柱ではなく矩形へのアンフォールディングが、同様の態様で実施されることができ、左心室のパラメータ表示は直方体にマップされる。直方体は、r, θ及びhをそれぞれx軸, y軸及びz軸にマップすることによってパラメータ化されることができる。直方体の形状に起因して、変換マップは、より効率的に二次元テクスチャ中に格納されることができる。壁厚の保存は、円柱と同様の態様で達成されることができる。
【００６８】
本発明は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア又はこれらの任意の組み合わせを含む任意の適切な形式で実施されることができる。本発明又はいくつかの本発明の特徴は、一つ以上のデータプロセッサ及び/又はデジタルシグナルプロセッサ上で動作するコンピュータソフトウェアとして実施されることができる。本発明の実施の形態の素子及びコンポーネントは、任意の適切な態様で、物理的、機能的及び論理的に実施されることができる。実際、機能は、一つのユニットで、複数のユニットで又は他の機能ユニットの一部として実施されることができる。このように、本発明は、一つのユニット中で実施されることができ、又は、異なるユニット及びプロセッサ間で物理的及び機能的に分散されることができる。
【００６９】
本発明が特定の実施の形態に関連して説明されたが、それは本明細書に記載される特定の形式に限られることを意図しない。むしろ、本発明の範囲は、添付の請求項によってのみ限定される。請求の範囲において、「有する」「含む」との用語は、他の要素又はステップの存在を除外しない。加えて、個々の特徴が異なる請求項中に含まれる場合があるが、これらはおそらく有利に組み合わせられることができ、そして異なる請求項中に含まれることは、特徴の組み合わせが実行可能でないこと及び/又は有利でないこと意味しない。加えて、単数形の参照は複数を排除しない。従って、"a", "an", "first", "second"等への参照は、複数を除外しない。さらに、請求項中の参照符号は、範囲を制限するものとして解釈されてはならない。
【図１】
0005599709.tif 000035
【図２】
0005599709.tif 000036
【図３】
0005599709.tif 000037
【図４】
0005599709.tif 000038
【図５】
0005599709.tif 000039
【図６】
0005599709.tif 000040
【図７Ａ】
0005599709.tif 000041
【図７Ｂ】
0005599709.tif 000042
【図７Ｃ】
0005599709.tif 000043
【図８】
0005599709.tif 000044
【図９】
0005599709.tif 000045
【図１０】
0005599709.tif 000046